第3章 平面连杆机构

机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系第 三 章 平面连杆机构运动学分析与设计*机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系第三章 平面连杆机构运动学分析与设计3 1 平面 连杆机构的 特点 和应用3 2 平面 连杆机构的基本类型及应用3 3 平面 连杆机构的 曲柄存在条件3 4 平面连杆机构的一些基本特性3 5 平面连杆机构的设计3 6 平面五连杆机构机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系定义： 由低副连接刚性构件组成的机构 ,又称低副机构。第一节 平面 连杆机构的特点和应用一 . 连杆机构的特点优点：采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。缺点：构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二、平面连杆机构的应用：内燃机、牛头刨床 、 机械手 爪 、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。分类 :平面连杆机构空间连杆机构平面连杆机构 常以构件数命名：四杆机构 、 五杆机构 、 多杆机构 等。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计较复杂，难以实现精确的轨迹。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系第二节 平面 连杆机构的类型和应用一、铰链四杆机构的 基本类型及应用：全部由转动副组成的平面四杆机构称为 铰链四杆机构 。 连架杆 与机架相联的构件 1、 3；机架 固定不动的构件 4；连杆 连 接两 连 架杆且 作平面运动的构件 2；曲柄 作整周定轴回转的构件 1；摇杆 作定轴摆动的构件 3；机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系（一） 曲柄摇杆机构特征：曲柄摇杆作用：将曲柄的 整周回转 转 变为 摇杆的 往复摆动 。雷达天线俯仰机构（ 曲柄主动 ）缝纫机踏板机构（ 摇杆主动 ）圆轨迹复制机构（ 曲柄主动 ）机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系（二） 双曲柄机构特征：两个曲柄作用：将 等速回转 转变为等速 或 变速 回转 。惯性筛机构机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系机车车轮联动机构特例：平行四边形机构特征： 两连架杆等长且平行 ，连杆作平动。AB = CD BC = AD摄影平台升降机构机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系反平行四边形机构平行四边形机构存在运动不确定 位置 。可采用 两组机构错开排列的方法予以克服 。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系（三） 双摇杆机构鹤式起重机特例：等腰梯形机构 汽车转向 机构 自动翻斗机构机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系(一 ) 扩大转动副偏心轮机构曲柄 滑块机构二、铰链四杆机构的演化及其应用应用：颚式破碎机 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系偏心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构 （二）转动副转化为移动副应用：冲压机床 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系若将铰链四杆机构中 B处和 D处的运动副或 C处和 D处运动副分别改变为移动副，则可以分别得到正切机构（图1.3.23 a）、 正弦机构（图 1.3.23 b）。 若将 B、 C处或A、 D处运动副分别改为移动副，则可分别得到双转块机构（图 1.3.23 c） 和双滑块机构（图 1.3.23 d）。 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。摆动 导杆机构曲柄 摇块机构机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系(三 ) 选不同的构件为机架整转副 能作 360相对回转的运动副；摆转副 只 能作有限角度摆动的运动副。曲柄摇杆机构 双摇 杆机构双 曲柄 机构机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系曲柄滑块机构 转动 导杆机构曲柄 摇块机构移动 导杆机构机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系第三节 平面 连杆机构的 曲柄存在条件平面 四杆机构 具有 整转副 则 可能 存在曲柄 。设 l1 l4， 可得：l4 l1 , l4 l2 , l4 l3 即： AD为最短杆连架杆之一或机架为 最短杆 。曲柄存在的条件 :（ Grashof 定理 ）最长杆与最短杆的长度之和 其他两杆长度之和称为 杆长条件 。此时，铰链 A、 B均 为整转副 。当满足杆长条件时，其最短杆上的转动副都是整转副 。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系铰链四杆机构的类型及其判别条件 ：第四节 平面 连杆机构的 一些基本特性一 .平面连杆机构的急回特性及其在工程实际中的应用机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，则称该机构具有 急回特性 。在 曲柄摇杆机构 中，当从动件（摇杆）位于两极限位置时，曲柄与连杆共线。此时 对应的主动曲柄之间所夹的锐角 叫作 极位夹角。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系设曲柄以 逆时针匀速旋转。从 AB1转到 AB2， 转过 180+ 时为 工作行程 ，所花时间为 t1 ； 此时摇杆从 C1D摆到 C2D， 平均速度为 V1,则有：曲柄从 AB2 继续转过 180- 到 AB1时为 回程 ，所花时间为 t2 ,此时摇杆从 C2D摆到 C1D， 平均速度为 V2 ,那么有 显然 t1 t2 V2 V1 即该机构具有 急回特性机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系而且 越大， K值越大，机构的急回性质越明显。 只要极位夹角 0 ， 就有 K1。因此，可通过分析机构中是否存在 及其大小，来判断机构是否具有急回运动，以及急回的程度。设计时往往先给定 K 值，再计算 ， 即 为能定量描述急回运动，将回程平均速度 V2 与工作行程平均速度 V1之比 定义为 行程速度变化系数 K 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系曲柄滑块机构 的急回特性分析应用：牛头刨床机构即利用了回转导杆机构的急回特性，节省回程时间，提高生产率。导杆机构 的急回特性分析 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系二 .四杆机构的压力角和传动角压力角 ： 作用在 从动件 上的驱动力 F与力作用点绝对速度之间所夹锐角 。切向分力 Ft= Fcos法向分力 Fn= Fcos Ft 对传动有利 。= Fsin常用 的大小来表示机构传力性能的好坏 ,称 为 传动角 。 是 的 余角。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系当 BCD 90 时， BCD因此设计时一般要求 : min40 。当 BCD 90 时， 180- BCD当 BCD最小或最大时，即在 主动曲柄与机架共线的位置 ， 都有可能出现 min由于在机构运动过程中， 角是变化的， min出现的位置 ：机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系曲柄滑块机构的最小传动角位置如左图所示，而导杆机构的传动角恒等于，如右图 b所示。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系三 .死点对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时， 在连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。机构的这种位置称为：“ 死点 ” （机构的死点位置） 在 “死点 ”位置， 机构的传动角 0机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系* 可以利用 “ 死点 ” 位置进行工作， 例如：飞机 起落架 、 钻夹具 等。* “ 死点 ” 位置的过渡方法：依靠 飞轮的惯性 （如内燃机、缝纫机等）。两组机构错开排列，如 V型发动机 机构 。机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系第五节 平面 四杆机